Koje je posebno značenje površinske obrade medicinskih implantata?

1. Poboljšajte biokompatibilnost i smanjite reakcije odbacivanja.
Biokompatibilnost je važna potreba za medicinske implantate. To znači da materijali ne bi trebali izazvati loše reakcije poput toksičnosti, senzibilizacije, upale ili tromboze kada dođu u dodir s ljudskim tkivom. Površinska obrada poboljšava kvalitetu površine implantata korištenjem fizičkih ili kemijskih pristupa. To ih čini mnogo biokompatibilnijima.
Primjenom metoda poput pjeskarenja, jetkanja kiselinom i laserske obrade, mikro- ili nano-hrapave strukture izrađuju se na površini implantata. To povećava površinu i područje kontakta s tkivom, što pomaže stanicama da se zalijepe za implantat i rastu. Na primjer, nakon pjeskarenja i jetkanja kiselinom, površinska hrapavost (vrijednost Sa) zubnih implantata može se zadržati između 1 i 2 μm, što može uvelike povećati čvrstoću veze kosti i ubrzati proces cijeljenja.
Kemijska modifikacija: Dodavanje bioaktivnih skupina poput hidroksilnih i amino skupina na površinu implantata ili dodavanje minerala koji pomažu rast kostiju, poput stroncija i kalcija, kako bi se poboljšala kemijska interakcija između materijala i tkiva. Nakon eloksiranja, na površini titanijske legure stvara se debeli oksidni film. Zatim se koriste elektrokemijske metode za ugradnju elemenata kalcija i fosfora kako bi se oponašao sastav prirodne kosti i potaknuo razvoj koštanih stanica.
Tehnologija bioprevlake: Biokeramika (poput hidroksiapatita) ili bioaktivni stakleni premazi stavljaju se na površinu implantata pomoću tehnologija kao što su plazma raspršivanje i elektrokemijsko taloženje. Ove prevlake su izravno uključene u mehanizme koji pokreću rad kostiju. Istraživanja pokazuju da stopa oseointegracije implantata obloženih-hidroksiapatitom premašuje stopu netretiranih implantata za više od 40%.
2. Poboljšajte otpornost na koroziju i produžite vijek trajanja
Medicinski implantati moraju izdržati produljeno izlaganje ljudskim tjelesnim tekućinama, koje mogu lako nagrizati korozivni agensi kao što su kloridni ioni i proteini. Ova korozija rezultira otapanjem metalnih iona i odvajanjem premaza, potencijalno uzrokujući upalne reakcije ili kvar implantata. Stvaranjem debelog zaštitnog sloja površinska obrada uvelike povećava otpornost implantata na koroziju.
Pasivacijski tretman: Nakon tretmana dušičnom kiselinom, na površini implantata od nehrđajućeg čelika stvara se pasivacijski film krom oksida. Ovaj film sprječava istjecanje metalnih iona i smanjuje stopu korozije na manje od 0,001 mm godišnje, što je potrebno za dugotrajnu-ugradnju.
Tehnologija mikrolučne oksidacije: visoko{0}}naponsko električno polje koristi se za pobuđivanje mikrolučnog pražnjenja na površini titanijske legure. To čini keramički oksidni film koji sadrži titan, kisik i fosfor. Može postati tvrđi od 1000HV i tri puta je otporniji na trošenje od običnih anodnih oksidnih filmova. Dobro funkcionira u situacijama s velikom težinom, poput zglobne proteze.
Koristeći tehnologiju fizičkog taloženja iz plinske pare (PVD) ili kemijskog taloženja iz plinske pare (CVD), TiN, TiAlN i drugi tvrdi premazi u nanorazmjeru mogu se nanijeti na površinu implantata u debljini od samo 1–5 μm. To može poboljšati otpornost na koroziju za više od 50%, smanjiti koeficijent trenja i smanjiti količinu čestica trošenja koje nastaju.
3. Dajte mu antibakterijska svojstva i smanjite mogućnost obolijevanja
Infekcije koje se dogode nakon operacije jedan su od glavnih razloga zašto medicinski implantati ne funkcioniraju. Na primjer, infekcije u ortopedskim, kardiovaskularnim i drugim implantatima mogu se dogoditi u 1% do 5% slučajeva. Površinska obrada dobro djeluje na sprječavanje lijepljenja bakterija na površine i stvaranja biofilma stvaranjem površina koje ubijaju bakterije ili dodavanjem antibakterijskih kemikalija.
Površinsko presađivanje antibakterijskih skupina: antibakterijske skupine poput kvaternih amonijevih soli i fluorida dodaju se na površinu implantata korištenjem obrade plazmom ili kemijskog presađivanja. To mijenja strukturu bakterijske stanične membrane i ima dugotrajne-antibakterijske učinke. Na primjer, antibakterijski premaz koji sadrži srebro može ubiti 99% Staphylococcus aureusa i ostati učinkovit više od 30 dana.
Inteligentni premaz- koji reagira na svjetlo: ovo uključuje stavljanje fotosenzibilizatora (kao što su porfirinski spojevi) na površinu implantata i korištenje svjetla određene valne duljine za stvaranje reaktivnih vrsta kisika (ROS) koje uništavaju klice bez ozljeđivanja stanica domaćina. Ova se metoda koristi za dezinfekciju površina opreme koja može lako širiti infekcije, poput endoskopa i katetera.
Antibakterijski premaz i oslobađanje lijeka djeluju zajedno: Antibiotici poput vankomicina i gentamicina dodaju se biokeramičkom premazu kako bi se kontroliralo koliko brzo se premaz razgrađuje, što oslobađa lijekove. Koncentracija lijeka u području može biti više od 1000 puta veća od koncentracije lijeka u krvi, što zaustavlja infekcije nakon operacije.
4. Poboljšati sposobnost oseointegracije i stopu kliničkog uspjeha.
Za ortopedske, zubne i druge implantate, sposobnost oseointegracije značajan je aspekt kliničkog uspjeha. Površinska obrada ubrzava proces integracije kosti kontroliranjem oblika, kemijskog sastava i biološke aktivnosti površine, što pomaže koštanim stanicama da se lijepe, rastu i mijenjaju.
Tehnologija obrade s dvostrukim kiselim nagrizanjem: upotrebom dviju kiselina (kao što je HCl+H ₂ SO ₄ miješana kiselina i otopina HNO 3) u dvo-postupku, na površini implantata stvara se više-razinska struktura pora. Ova struktura ima mikrometarsku-razinu hrapavosti koja pruža mehaničku silu međusobnog blokiranja i nanometarsku-razinu pora koje povećavaju biološku aktivnost, čineći vezu između implantata i kosti jačom za više od 30%.
3D ispis poroznih struktura: Korištenje tehnologije selektivnog laserskog taljenja (SLM) za izradu poroznih implantata od legure titana koji su 60% do 80% porozni i imaju pore široke 200 do 500 μm. Time se simulira prirodna koštana trabekularna struktura, potiče rast krvnih žila i koštanog tkiva te se postiže "biološka fiksacija". Klinički dokazi pokazuju da je trajanje oseointegracije implantata s poroznom strukturom 50% manje nego kod čvrstih struktura.
Promjena bioaktivnih molekula: stavljanje bioaktivnih molekula poput koštanog morfogenetskog proteina (BMP) i kolagena na površinu implantata kako bi se pokrenuli signalni putovi koji pomažu diferencijaciji koštanih stanica. Na primjer, implantati koji su promijenjeni s BMP-2 mogu skratiti vrijeme potrebno za oseointegraciju s 3 mjeseca na 6 tjedana i povećati stopu uspješnosti implantacije na više od 98%.